保水劑對(duì)煤矸石基質(zhì)上高羊茅生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)吸收的影響

趙陟峰, 王冬梅,趙廷寧

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083)

保水劑對(duì)煤矸石基質(zhì)上高羊茅生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)吸收的影響

趙陟峰, 王冬梅*,趙廷寧

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083)

為探索保水劑對(duì)煤矸石廢棄地上高羊茅生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)特征的影響，按煤矸石與土壤質(zhì)量比設(shè)3種基質(zhì)梯度，每種基質(zhì)分別添加3種質(zhì)量的保水劑，設(shè)對(duì)照(CK)，共10種處理。觀測(cè)和分析不同處理下高羊茅的生長(zhǎng)高度、生物量、營(yíng)養(yǎng)特征及SPAD值(相對(duì)葉綠素含量)，結(jié)果顯示：保水劑主要影響高羊茅地上部分的生物量，而煤矸石與土壤的質(zhì)量比主要影響地下部分的生物量；煤矸石與土壤質(zhì)量比相同條件下，添加1 g/kg的保水劑即可促進(jìn)高羊茅的生長(zhǎng)，添加2 g/kg保水劑能使高羊茅盡快適應(yīng)基質(zhì)環(huán)境，使其日均生長(zhǎng)率在出苗后第2周達(dá)到峰值。煤矸石基質(zhì)中添加保水劑能促使高羊茅將煤矸石基質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)元素從植株地下部分向地上部分轉(zhuǎn)移，供植株生長(zhǎng)需要，基質(zhì)中添加1 g/kg保水劑時(shí)高羊茅對(duì)磷的吸收效果最好。此外，添加保水劑能使葉片的SPAD值增加。綜合比較不同處理下高羊茅的株高、生物量、營(yíng)養(yǎng)特征及葉片的SPAD值認(rèn)為，處理6(煤矸石與土壤質(zhì)量比為750∶250、基質(zhì)中添加2 g保水劑)與處理8(煤矸石與土壤質(zhì)量比為500∶500、基質(zhì)中添加1 g保水劑)是適合煤矸石廢棄地上高羊茅生長(zhǎng)的較好配比。

保水劑; 煤矸石基質(zhì); 生物量; 營(yíng)養(yǎng)特征; SPAD值

煤矸石是煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣[1]，產(chǎn)生量一般占原煤的10%—20%[2]。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)累計(jì)堆放的煤矸石總量約為45億t，年排出量約為3億t。巨量煤矸石自然堆放，既浪費(fèi)資源，又占?jí)捍罅客恋兀€會(huì)導(dǎo)致社會(huì)問題和環(huán)境問題。煤矸石廢棄地作為一種特殊的采礦廢棄地類型，物理結(jié)構(gòu)不良、高溫、高地?zé)?、持水保肥能力極差[3- 4]，直接在煤矸石山上進(jìn)行植物栽植很難成活，即使成活也難以養(yǎng)護(hù)管理，因此煤矸石山的植被恢復(fù)工程必須進(jìn)行基質(zhì)改良，通過基質(zhì)改良最終使得煤矸石山能夠滿足植物生長(zhǎng)的需要[5]。保水劑(SAP)是一類高分子吸水樹脂，屬高分子聚合物。其吸持和釋放水分的脹縮性，可使周圍土壤變疏松，從而在一定程度上改善土壤結(jié)構(gòu)；保水劑吸存大量水，具有一定的保溫作用，減少了土壤環(huán)境溫度的變化。保水劑的施用還能減緩?fù)寥泪尫潘乃俣萚6]，在很大程度上抑制水分蒸發(fā)，具有抗旱保墑[7]、改良土壤、水土保持[8]等多項(xiàng)功能。自20世紀(jì)80年代初美國(guó)農(nóng)業(yè)部北部研究中心最先開發(fā)應(yīng)用以來，保水劑因其特殊的化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)和吸水性能，在農(nóng)田抗旱保水[9]、作物保苗增產(chǎn)[10- 13]等方面取得了良好的效果。目前，在部分煤矸石山廢棄地植被建設(shè)中也已采用保水劑[14]，并取得了一定的成果。但保水劑用量過低，起不到應(yīng)有的作用；而用量過高時(shí)，又嚴(yán)重影響土壤通透性，造成根系呼吸困難甚至導(dǎo)致根系腐爛[15]。本研究在煤矸石碎屑中添加不同比例的土壤，得到不同的基質(zhì)，并在基質(zhì)中添加不同質(zhì)量的保水劑。通過觀測(cè)不同基質(zhì)和添加不同保水劑條件下高羊茅的生長(zhǎng)狀況和養(yǎng)分含量等，分析不同處理對(duì)煤矸石基質(zhì)改良和對(duì)高羊茅生長(zhǎng)的影響，以期找出煤矸石廢棄地植被恢復(fù)中添加保水劑的合理用量，為保水劑在煤矸石廢棄地植被恢復(fù)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試草種為高羊茅(FestucaarundinaceaL.)，高羊茅是禾本科羊茅屬多年生草本植物。一般養(yǎng)護(hù)管理較粗放，是常見冷季型栽植草皮草中抗熱、耐旱性最強(qiáng)的草種[16]，因而被廣泛應(yīng)用于植被護(hù)坡、園林綠化、水土保持等諸多領(lǐng)域。保水劑是由北京漢力淼新技術(shù)有限公司提供的聚丙烯酰胺-丙烯酸型高吸水性樹脂。供試煤矸石取自北京市門頭溝區(qū)上辛房，煤矸石碎屑最大粒徑為3 cm，粒徑小于0.2 cm的占總體積比的45.50%。煤矸石的pH值為8.82，全氮含量0.17%，有機(jī)質(zhì)含量15.92%，速效磷含量3.53 mg/kg，速效鉀含量78.29 mg/kg。供試土壤取自北京林業(yè)大學(xué)苗圃地30—40 cm厚的土層，土壤類型為褐土，pH值8.05，全氮含量0.15%，有機(jī)質(zhì)含量1.31%，速效磷含量48.68 mg/kg，速效鉀含量195.11 mg/kg。實(shí)驗(yàn)以裝土1 kg的塑料花盆為培養(yǎng)容器，在北林科技溫室中進(jìn)行。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用盆栽法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)按煤矸石與土壤質(zhì)量比設(shè)3種基質(zhì)梯度，分別是A1(1000∶0)、A2(750∶250)、A3(500∶500)；同種基質(zhì)條件下分別添加3種不同質(zhì)量的保水劑，分別為B1(不添加)、B2(添加1 g)、B3(添加2 g)；設(shè)對(duì)照(CK)試驗(yàn)做對(duì)比，對(duì)照處理中煤矸石與土壤質(zhì)量比為0∶1000，不添加保水劑(表1)。本實(shí)驗(yàn)共10種處理，每種處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，生長(zhǎng)期試驗(yàn)共9周。播種的前一天將高羊茅種子用10%H2O2浸泡10 min進(jìn)行表面消毒，然后用蒸餾水沖洗干凈置于濕潤(rùn)的濾紙上，在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱催芽，種子露白即可播種，播后用基質(zhì)覆蓋，覆蓋厚度1—2 cm。為了保證植物生長(zhǎng)期間不受缺N、K營(yíng)養(yǎng)的脅迫，播種前以溶液的形式向培養(yǎng)基質(zhì)中添加適量的底肥(在種植植物前將NH4NO3、KH2PO4和K2SO4按N 100 mg/kg，P 30 mg/kg，K 15 mg/kg的用量均勻混入土壤中)，加入肥料后混合均勻，平衡1周。

表1 試驗(yàn)分組

1.3 指標(biāo)測(cè)定

苗高測(cè)定 不同處理盆缽內(nèi)各選幼苗5株，用鋼卷尺定期測(cè)定苗高并計(jì)算日均生長(zhǎng)率、凈生長(zhǎng)高度等。從出苗第2周開始觀測(cè)生長(zhǎng)高度，作為背景值。其中：日均生長(zhǎng)率(cm/d)=幼苗凈生長(zhǎng)高度/處理日數(shù)；凈生長(zhǎng)高度(cm)=后一次測(cè)量幼苗絕對(duì)生長(zhǎng)高度-前一次測(cè)量幼苗絕對(duì)生長(zhǎng)高度。

生物量的測(cè)定 采用烘干法。實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)束后，將獲取的植物從根頸處截?cái)?，分成地上部分和地下部分，稱量鮮重，然后放在烘箱中烘至恒重，用分析天平稱量，分別計(jì)算地下和地上生物量。

SPAD值(相對(duì)葉綠素含量)的測(cè)定 SPAD值也稱綠色度，是一個(gè)相對(duì)葉綠素含量讀數(shù)。SPAD-502葉綠素儀可在幾秒鐘內(nèi)測(cè)量植物葉片單位面積葉片當(dāng)前葉綠素的相對(duì)含量，即SPAD 值。選擇天氣晴朗的時(shí)間，利用SPAD- 502型便攜式葉綠素儀測(cè)定高羊茅葉片的SPAD值，每個(gè)葉片重復(fù)測(cè)定3次，記載并計(jì)算其平均值[17]。

植株中營(yíng)養(yǎng)元素的測(cè)定 植株中養(yǎng)分測(cè)定指標(biāo)包括硝態(tài)氮、磷元素、鉀元素，采用常規(guī)分析法測(cè)定用[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft-Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和圖表的制作，LSD多重比較法分析各處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下高羊茅的生長(zhǎng)高度與生物量

2.1.1 不同處理對(duì)高羊茅生長(zhǎng)高度的影響

圖1是不同處理下高羊茅生長(zhǎng)高度的變化曲線，由圖可知，各處理下高羊茅生長(zhǎng)高度的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，即前3周生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)高度變化較快，此后生長(zhǎng)速度變慢，高生長(zhǎng)曲線較平緩。不同處理比較，當(dāng)基質(zhì)中煤矸石與土壤質(zhì)量比不同時(shí)，土壤所占的比例越大，高羊茅的生長(zhǎng)高度越高；即3種基質(zhì)梯度下高羊茅的生長(zhǎng)高度為，A3(煤矸石與土壤質(zhì)量比500∶500)gt;A2(煤矸石與土壤質(zhì)量比750：250)gt;A1(煤矸石與土壤質(zhì)量比1000∶0)?；|(zhì)中添加保水劑后持水能力增強(qiáng)，植株可利用的水分增多，而水分充足有利于植株吸收養(yǎng)分，從而促進(jìn)植株生長(zhǎng)[19]。煤矸石與土壤質(zhì)量比相同條件下，基質(zhì)中添加保水劑處理的高羊茅的生長(zhǎng)高度大于基質(zhì)中未添加保水劑的生長(zhǎng)高度，但基質(zhì)中添加1g保水劑(B2)時(shí)高羊茅的生長(zhǎng)高度大于基質(zhì)中添加2g保水劑(B3)的生長(zhǎng)高度?？梢?，基質(zhì)中添加適量的保水劑即可促進(jìn)高羊茅的生長(zhǎng)。處理6(A2B3)的最高生長(zhǎng)高度可達(dá)28.74 cm，比對(duì)照提高10.32%，處理8(A3B2)最高生長(zhǎng)高度也比對(duì)照提高9.64%。

2.1.2 不同處理下高羊茅生長(zhǎng)率的變化

以出苗后首次觀測(cè)的生長(zhǎng)高度作為背景值，計(jì)算不同處理下高羊茅的日均生長(zhǎng)率。高羊茅日均生長(zhǎng)率的變化如圖2所示，各處理下高羊茅的日均生長(zhǎng)率均為出苗初期較大，日均生長(zhǎng)率在出苗2—3周時(shí)達(dá)到最大，此后生長(zhǎng)率逐漸下降趨于平穩(wěn)。各處理中最大日均生長(zhǎng)率可達(dá)0.83 cm/d(處理6)，處理3、6和9的日均生長(zhǎng)率在出苗后第2周達(dá)到峰值，而其余處理日均生長(zhǎng)率峰值延遲1周出現(xiàn)，這是基質(zhì)中添加2 g/kg保水劑對(duì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)改良的結(jié)果，可見按照2 g/kg的比例在煤矸石基質(zhì)中添加保水劑可以使高羊茅盡快適應(yīng)基質(zhì)環(huán)境。高羊茅出苗第3周以后生長(zhǎng)率下降是因?yàn)椋?jīng)過前3周的生長(zhǎng)，基質(zhì)中的底肥已大多被植株吸收利用，基質(zhì)中養(yǎng)分含量逐漸降低，植株生長(zhǎng)率下降。各處理下高羊茅的日均生長(zhǎng)率在出苗后第6周出現(xiàn)小高峰(圖2)，這是保水劑將吸附的水分和養(yǎng)分緩慢釋放出來，供植物生長(zhǎng)需要的結(jié)果。

圖1 高羊茅生長(zhǎng)高度變化曲線Fig.1 Height growth curve of Festuca arundinacea L.

圖2 高羊茅日均生長(zhǎng)率Fig.2 Average daily growth rate of Festuca arundinacea L.

2.1.3 不同處理對(duì)高羊茅生物量的影響

不同處理下高羊茅植株單株的地上部分鮮重、地下部分鮮重、地上部分干重和地下部分干重如下表(表2)。高羊茅單株地上部分鮮重在0.404—0.533 g/株之間，地下部分鮮重在0.222—0.282 g/株之間?；|(zhì)中添加保水劑促進(jìn)了植株生長(zhǎng)，使植株的鮮重、干重增加[20]，本實(shí)驗(yàn)各處理下高羊茅單株總鮮重排序?yàn)樘幚?(A3B2)gt;處理9(A3B3)gt;處理6(A2B3)gt;處理5(A2B2)gt;對(duì)照(CK)gt;處理7(A3B1)gt;處理4(A2B1)gt;處理3(A1B3)gt;處理2(A1B2)gt;處理1(A1B1)。煤矸石與土壤質(zhì)量比相同條件下，高羊茅單株地上部分干重和單株總干重均為添加2 g保水劑(B3)gt;添加1g保水劑(B2)gt;不添加保水劑(B1)，而高羊茅單株地下部分干重表現(xiàn)為基質(zhì)中土壤所占的比例越大，高羊茅單株地下部分干重越小?？梢姳Ｋ畡?duì)高羊茅生物量的影響主要體現(xiàn)在地上部分，而高羊茅地下部分生物量主要受基質(zhì)中煤矸石與土壤質(zhì)量比的影響。

2.2 不同處理對(duì)高羊茅植株?duì)I養(yǎng)特征的影響

2.2.1 不同處理下高羊茅植株的氮含量

N是蛋白質(zhì)、核酸、磷脂的主要成分，而這三者又是原生質(zhì)、細(xì)胞核和生物膜的重要組成部分[21]，還是酶的主要成分之一，它們?cè)谏顒?dòng)中占有特殊作用。圖3是不同處理下高羊茅植株地上和地下部分的N含量。從圖3可看出處理1—6高羊茅植株地上部分的N含量高于地下部分，處理7、8、9及對(duì)照高羊茅植株地上部分的N含量低于地下部分，這說明當(dāng)基質(zhì)中土壤比例較低時(shí)，保水劑能促使高羊茅將煤矸石基質(zhì)中的N吸收、運(yùn)輸、儲(chǔ)存到植株的地上部分，供植株生長(zhǎng)需要。這是因?yàn)楸Ｋ畡┩ㄟ^創(chuàng)建和穩(wěn)定基質(zhì)中的水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)來吸附和保持養(yǎng)分元素、抑制營(yíng)養(yǎng)元素的流失[22]，這些被吸附的氮養(yǎng)分離子在一定的條件下可以緩慢釋放出來供作物使用[23]，提高養(yǎng)分的利用率。除對(duì)照外，處理1—9高羊茅植株地下部分的N含量呈現(xiàn)出依次增高的規(guī)律，這說明當(dāng)基質(zhì)中土壤比例較高時(shí)，高羊茅會(huì)首先將N蓄積在植株的地下部分，等生長(zhǎng)需要時(shí)再將N營(yíng)養(yǎng)從植株地下部分向地上部分轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)了高羊茅對(duì)N的富集作用。各處理下高羊茅植株(地上部分和地下部分)中N含量從高到低依次為：處理9(A3B3)gt;處理6(A2B3)gt;處理5(A2B2)gt;處理8(A3B2)gt;對(duì)照(CK)gt;處理4(A2B1)gt;處理7(A3B1)gt;處理3(A1B3)gt;處理2(A1B2)gt;處理1(A1B1)。

表2 不同處理下高羊茅單株的生物量

圖3 植株氮含量Fig.3 Plant nitrogen content

圖4 植株磷含量Fig.4 Plant phosphorus content

2.2.2 不同處理下高羊茅植株的磷含量

P元素作為植物生長(zhǎng)必不可少的大量元素，在能量轉(zhuǎn)換、呼吸作用和光合作用中都起關(guān)鍵性作用。磷主要以有機(jī)磷如核酸、磷脂、植素等的形態(tài)存在于植物組織中[24]，本實(shí)驗(yàn)不同處理下高羊茅植株地上部分和地下部分的P含量見圖4，由圖可知羊茅植株地上部分的P含量在80.95—167.05 mg/kg范圍內(nèi)變化，地下部分的P含量在31.04—78.51 mg/kg之間。除對(duì)照外，當(dāng)煤矸石與土壤質(zhì)量比相同條件時(shí)，基質(zhì)中添加保水劑處理的高羊茅植株地上部分和地下部分的P含量均大于基質(zhì)中未添加保水劑的P含量，可見，基質(zhì)中添加保水劑能促進(jìn)高羊茅對(duì)P的吸收。因?yàn)楸Ｋ畡┛梢钥醋鞲叻肿与娊赓|(zhì)組成的離子和水的構(gòu)成物，它的網(wǎng)孔可以機(jī)械的吸收養(yǎng)分離子、分子及微粒，它的分子表面或斷鏈處羧基的負(fù)電荷也可以吸附基質(zhì)中的養(yǎng)分分子[25]，供植物生長(zhǎng)需要。但基質(zhì)中添加1 g保水劑(B2)時(shí)高羊茅植株的P含量高于基質(zhì)中添加2 g保水劑(B3)的P含量，即B2(添加1 g保水劑)gt;B3(添加2 g保水劑)gt;B1(不添加保水劑)。這說明添加1 g/kg的保水劑時(shí)對(duì)基質(zhì)中P養(yǎng)分的吸附和解吸能力最佳，此時(shí)高羊茅對(duì)P的吸收效果最好。

2.2.3 不同處理下高羊茅植株的鉀含量

圖5 植株鉀含量Fig.5 Plant potassium content

K是植物體內(nèi)多種酶的活化劑，在植物碳水化合物代謝、呼吸作用及蛋白質(zhì)代謝中起重要作用[26]。施加保水劑可以起到保肥和緩解肥效的雙重作用，圖5是不同處理下高羊茅植株地上部分和地下部分的K含量，K在高羊茅地上和地下部分的含量差異很大，其中對(duì)照處理的高羊茅地上部分K含量是地下部分的6.9倍；而處理1—9中，高羊茅地上部分K含量是地下部分的8.3倍—9.8倍。可見，施加保水劑有利用高羊茅將煤矸石基質(zhì)中的K吸收固定并緩慢釋放轉(zhuǎn)移到植株的地上部分，供生長(zhǎng)需要。添加保水劑基質(zhì)中不僅存在土壤的化學(xué)固定和晶穴固定作用，而且同時(shí)存在保水劑的吸收固定和晶穴固定作用、保水劑與土壤膠粒的包閉作用等各種固定作用，使基質(zhì)的保肥和供肥能力都得到了提高[27]，從而提高了植物對(duì)養(yǎng)分的利用率。不同處理下高羊茅植株地上部分和地下部分K含量排序均為處理6(A2B3)gt;處理8(A3B2)gt;處理4(A2B1)gt;處理7(A3B1)gt;處理9(A3B3)gt;處理5(A2B2)gt;處理3(A1B3)gt;處理2(A1B2)gt;處理1(A1B1)gt;對(duì)照(CK)。

2.3 不同處理下高羊茅葉片的SPAD值

葉綠素與綠色植物的生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)，它是光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，也是植物生長(zhǎng)特性、生理變化和營(yíng)養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)。SPAD值是一個(gè)相對(duì)葉綠素含量讀數(shù)(讀數(shù)范圍0—99.9)，與葉綠素含量有顯著的正相關(guān)性[28]，研究表明，葉片的SPAD值越大，其實(shí)際葉綠素含量越高。SPAD的高低及變化規(guī)律能夠反映植物生理活性變化和植物的生長(zhǎng)狀況[29- 30]。保水劑通過提高植物的水分利用效率來影響葉片的光合參數(shù)，從而使葉片的SPAD值增加，本實(shí)驗(yàn)各處理下高羊茅葉片的SPAD值范圍為39.733—49.633(表3)，不同處理下高羊茅葉片的SPAD值從高到低分別為處理6(A2B3)gt;處理8(A3B2)gt;處理4(A2B1)gt;處理7(A3B1)gt;處理9(A3B3)gt;處理5(A2B2)gt;對(duì)照(CK)gt;處理2(A1B2)gt;處理3(A1B3)gt;處理1(A1B1)，與高羊茅植株的株高排序一致?？梢姡幚?(煤矸石與土壤質(zhì)量比為750∶250、基質(zhì)中添加2 g保水劑)與處理8(煤矸石與土壤質(zhì)量比為500∶500、基質(zhì)中添加1 g保水劑)是適合煤矸石基質(zhì)上高羊茅生長(zhǎng)的較好配比。

表3 各處理下高羊茅葉片的SPAD值(相對(duì)葉綠素含量)

3 結(jié)論

煤矸石基質(zhì)中添加保水劑可促進(jìn)植株生長(zhǎng)，增加生物量。煤矸石與土壤質(zhì)量比相同條件下，添加1 g/kg的保水劑即可達(dá)到促進(jìn)高羊茅生長(zhǎng)的效果；添加2 g/kg的保水劑可以使高羊茅盡快適應(yīng)基質(zhì)環(huán)境，使其在出苗后第2周的日均生長(zhǎng)率達(dá)到峰值。保水劑對(duì)高羊茅生物量的影響主要體現(xiàn)在地上部分，而基質(zhì)中煤矸石與土壤的質(zhì)量比主要影響高羊茅地下部分的生物量。

煤矸石基質(zhì)中添加保水劑能夠吸附基質(zhì)中的養(yǎng)分離子并緩慢釋放供植物生長(zhǎng)利用。當(dāng)基質(zhì)中土壤比例較低時(shí)，添加保水劑能促使高羊茅將煤矸石基質(zhì)中的N、P、K從植株地下部分向地上部分轉(zhuǎn)移，供植株生長(zhǎng)需要?；|(zhì)中添加1 g/kg的保水劑時(shí)高羊茅對(duì)磷的吸收效果最好。此外，添加保水劑提高植物的水分利用效率，使葉片的SPAD值增加，進(jìn)而影響植物的光合作用，。

綜合比較不同處理對(duì)高羊茅生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)吸收的影響，認(rèn)為處理6(煤矸石與土壤質(zhì)量比為750∶250、基質(zhì)中添加2g保水劑)與處理8(煤矸石與土壤質(zhì)量比為500∶500、基質(zhì)中添加1g保水劑)是適合煤矸石廢棄地上高羊茅生長(zhǎng)的較好配比。

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TheeffectofsuperabsorbentpolymeronthegrowthandnutritionabsorptionofFestucaarundinaceaL.onanimprovedganguematrix

ZHAO Zhifeng, WANG Dongmei*, ZHAO Tingning

CollegeofSoilandWaterConservation，BeijingForestryUniversity，Beijing100083，China

Super absorbent polymers (SAPs) can absorb water up to a few hundred or even a few thousand times their own mass. Their special physical structure, unique chemical composition, and characteristics of high water absorption capacity allow super absorbent polymers to be widely used in agriculture, horticulture, forestry and other industries to relieve drought and reserve water for farmland, seedling protection, and crop yield improvement. However, the amount of super absorbent polymers applied is an important parameter to evaluate. Applying the incorrect amount can result in either no effect, or soil permeability may be compromised if excess amounts are used. This can cause plant roots to have difficulty breathing or to have root rot. To explore the influence of super absorbent polymers on the growth and nutritional characteristics ofFestucaarundinaceaL. on gangue waste, three matrix gradients were set up with different weight ratios of gangue/soil. The matrix of each gradient was added into the super absorbent polymer in three different qualities. Ten treatments in total, including CK, were set up in this paper. The height growth, biomass, nutritional characteristics and SPAD (Soil and Plant Analyzer Development) value ofFestucaarundinaceaL. under different treatments were observed. The effects of different treatments on the gangue matrix and onFestucaarundinaceaL. growth were analyzed to determine the reasonable dosage of super absorbent polymer to be added to the gangue wasteland for vegetation recovery. This provides a theoretical basis and technical support for this practical application. The results show that adding super absorbent polymers helps strengthen the gangue matrix′s ability to hold water, increasing the water available to the plants, which promotes plant growth and biomass increase. The super absorbent polymer mainly impacts aboveground biomass, while the underground biomass is mainly affected by the weight ratio of the gangue/soil; for treatments where the weight ratio of gangue/soil is the same, adding 1 g/kg super absorbent polymer acceleratesFestucaarundinaceaL. growth; adding 2 g/kg super absorbent polymer to the matrix helpsFestucaarundinaceaL. quickly adapt to the matrix environment and the daily average growth rate reaches peak value 2 weeks after the seedling emergence. Adding super absorbent polymer to a gangue matrix enhances the gangue′s ability to hold fertilizer and to supply nutrients to plants.FestucaarundinaceaL. can promote growth by transferring nutrients in the gangue matrix from underground plant parts to aerial parts. Phosphorus absorption was most efficient when 1 g/kg super absorbent polymer was added. Super absorbent polymers affect photosynthesis parameters of blade leaves by imposing impact on plant water use efficiency. Therefore, adding super absorbent polymers can increase the SPAD value of the blade leaf. From comprehensive comparisons of plant height, biomass, nutrition characteristics and leaf SPAD values ofFestucaarundinaceaL. under different treatments, treatment No. 6 (weight ratio of gangue/soil is 750∶250, with 2 g super absorbent polymer) and treatment No. 8 (weight ratio of gangue/soil is 500∶500, with 1 g super absorbent polymer) were the optimal conditions found to helpFestucaarundinaceaL. grow on gangue waste.

super absorbent polymer； gangue matrix； biomass；nutritional characteristics；SPAD value

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(200904030)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30872075)

2012- 11- 26;

2013- 05- 29

*通訊作者Corresponding author.E-mail: dmwang@126.com

10.5846/stxb201211261673

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